本發(fā)明屬于電能質(zhì)量治理與電力系統(tǒng)分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法。

背景技術(shù)：
隨著我國電力系統(tǒng)的不斷建設(shè)與發(fā)展，電網(wǎng)中出現(xiàn)了很多三相不平衡負(fù)載，大功率單相負(fù)荷的接入、高速電氣化鐵路牽引配電網(wǎng)和單相負(fù)荷用電的不同時性等因素均會造成供電系統(tǒng)的三相不平衡。這些不平衡負(fù)荷工作過程中產(chǎn)生的負(fù)序電流，注入電力系統(tǒng)引起負(fù)序電壓，負(fù)序電壓不僅增加了電動機(jī)和變壓器的額外損耗，減少其適用壽命，還可能造成繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，威脅著電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，三相不平衡負(fù)荷的綜合治理，無論對于電力系統(tǒng)還是用戶都十分重要。對三相三線制系統(tǒng)的不平衡負(fù)荷進(jìn)行治理，特別是采取集中治理方式時，必須要準(zhǔn)確計算公共連接母線處三相負(fù)荷的等效阻抗，然后根據(jù)三相負(fù)荷等效阻抗值確定三相不平衡的治理方案，實現(xiàn)系統(tǒng)三相阻抗的平衡化補(bǔ)償。對1kV以上的系統(tǒng)，一般通過PT和CT來獲取系統(tǒng)側(cè)的相電壓(或線電壓)、線電流。但當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中存在三相不平衡負(fù)荷時，會出現(xiàn)負(fù)荷等效中性點(diǎn)電位漂移的問題，系統(tǒng)三相電壓的對稱性也被破壞，在僅測量公共連接母線處的電壓和電流條件下，由于信息量缺失，使得在系統(tǒng)側(cè)求解三相不平衡負(fù)荷等效阻抗非常困難。實際工程應(yīng)用中，一般在每一不平衡負(fù)荷進(jìn)線處均設(shè)置PT和CT，通過分別計算各不平衡負(fù)荷等效阻抗后再采用相量合成的方法來求解系統(tǒng)側(cè)等效線負(fù)荷阻抗。在負(fù)荷饋線眾多時，根據(jù)眾多負(fù)荷進(jìn)線的PT和CT測量信號來計算系統(tǒng)側(cè)等效線阻抗，投入硬件成本高，計算工作量大，很難滿足實時性補(bǔ)償與控制對于運(yùn)算時間的要求。因此，本發(fā)明提出一種三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法，以公共連接母線為界，三相負(fù)荷阻抗參數(shù)是母線電壓、總進(jìn)線電流與權(quán)重系數(shù)wa、wb、wc的函數(shù)，任意一組權(quán)重系數(shù)取值下的等效負(fù)荷相阻抗，均是三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗的一組特解。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法，其特征在于，包括如下步驟：1)選取一個頻譜分析時間窗，采集這一頻譜分析時間窗內(nèi)公共連接點(diǎn)的母線電壓波形和總進(jìn)線電流波形，對其進(jìn)行傅立葉分解，得到基波電壓相量總進(jìn)線基波電流相量2)利用基波電壓相量總進(jìn)線基波電流相量基于系統(tǒng)等值電壓源和系統(tǒng)等值基波阻抗三相對稱的條件得出系統(tǒng)三相對稱的等值電勢和系統(tǒng)等值基波阻抗ZS；3)應(yīng)用對稱分量法對總進(jìn)線基波電流相量進(jìn)行分解，得到總進(jìn)線基波電流正序分量與總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量4)將總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量線性分解為三組，每一組負(fù)序分量占總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量的權(quán)重系數(shù)為wa、wb、wc，且wa+wb+wc＝1；5)總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量線性分解得到的三組負(fù)序分量分別以A相、B相、C相為參考相做正序化旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生正序化基波負(fù)序電流分量同時，正序化旋轉(zhuǎn)使非參考相之間有非參考相間的基波負(fù)序電流分量流動，非參考相間的基波負(fù)序電流分量的值為該組非參考相的基波負(fù)序電流分量與正序化旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的正序化基波負(fù)序電流分量之差；6)利用系統(tǒng)三相對稱的等值電勢總進(jìn)線基波電流正序分量正序化基波負(fù)序電流分量非參考相間的基波負(fù)序電流分量獲得基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、非參考相的相間導(dǎo)納；7)分別將基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{由Y接轉(zhuǎn)為Δ接形式，與非參考相的相間導(dǎo)納并聯(lián)得到總的基波三相不平衡相間阻抗；8)將總的基波三相不平衡相間阻抗由Δ接轉(zhuǎn)為Y接形式，從總的基波三相不平衡相間阻抗中分離出三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗；9)利用步驟8)分離出的負(fù)荷等效阻抗建立三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型，三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型中的三相阻抗參數(shù)是母線電壓、總進(jìn)線電流與權(quán)重系數(shù)wa、wb、wc的函數(shù)，每一組等效負(fù)荷相阻抗均是三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的一組特解。所述基于系統(tǒng)等值電壓源和系統(tǒng)等值基波阻抗三相對稱的條件得出系統(tǒng)三相對稱的等值電勢和系統(tǒng)等值基波阻抗ZS的計算公式為：公式(1)中，j為虛數(shù)單位。所述總進(jìn)線基波電流正序分量用基波正序?qū)Ъ{來衡量，基波正序?qū)Ъ{的量化公式為：公式(2)中，Y+為基波正序?qū)Ъ{。所述正序化基波負(fù)序電流分量用正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{來衡量，正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{的量化公式為：公式(3)中，YA-、YB-、YC-分別為A相正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、B相正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、C相正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{。所述非參考相間的基波負(fù)序電流分量用非參考相的相間導(dǎo)納來衡量，非參考相的相間導(dǎo)納的量化公式為：公式(4)中，為以A相為參考相產(chǎn)生的非參考相的相間導(dǎo)納；為以B相為參考相產(chǎn)生的非參考相的相間導(dǎo)納；為以C相為參考相產(chǎn)生的非參考相的相間導(dǎo)納；非參考相間的基波負(fù)序電流分量的量化公式為：所述總的基波三相不平衡相間阻抗的量化公式為：公式(6)中，ZAB為總的基波A-B相不平衡相間阻抗；ZBC為總的基波B-C相不平衡相間阻抗；ZCA為總的基波C-A相不平衡相間阻抗。所述三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗的量化公式為：公式(7)中，ZLA為A相的負(fù)荷等效阻抗；ZLB為B相的負(fù)荷等效阻抗；ZLC為C相的負(fù)荷等效阻抗。本發(fā)明的有益效果是針對目前三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗量化時存在硬件投入成本高，計算工作量大，只適用于公共連接母線三相電壓不對稱度較小的場合，很難滿足實時性補(bǔ)償與控制對于運(yùn)算時間的要求的問題，提出一種三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法，僅需測量公共母線的電壓、電流信息，即可方便、快速、準(zhǔn)確地獲得三相三線制不平衡系統(tǒng)的等效負(fù)荷阻抗；揭示了中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗參數(shù)不唯一、存在最優(yōu)的三相不平衡治理方案的事實，提供了可依據(jù)經(jīng)濟(jì)約束與技術(shù)約束確定權(quán)重系數(shù)wa、wb、wc以尋求最優(yōu)的三相不平衡治理方案的路徑；對于負(fù)荷三相不平衡的在線治理和電網(wǎng)絡(luò)中非等值部分的電力系統(tǒng)分析具有重要的指導(dǎo)意義。附圖說明圖1為一種三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法流程圖。圖2為公共連接母線處總進(jìn)線基波電流正序分量、正序化基波負(fù)序電流分量、非參考相間的基波負(fù)序電流分量分解示意圖。圖3為基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、非參考相的相間導(dǎo)納、系統(tǒng)等值基波阻抗、負(fù)荷等效阻抗之間的關(guān)系圖。具體實施方式本發(fā)明提出一種三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。圖1所示為一種三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法流程圖，包括如下步驟：1)選取一個頻譜分析時間窗，采集這一頻譜分析時間窗內(nèi)公共連接點(diǎn)的母線電壓波形和總進(jìn)線電流波形，對其進(jìn)行傅立葉分解，得到基波電壓相量總進(jìn)線基波電流相量2)利用基波電壓相量總進(jìn)線基波電流相量基于系統(tǒng)等值電壓源和系統(tǒng)等值基波阻抗三相對稱的條件得出系統(tǒng)三相對稱的等值電勢和系統(tǒng)等值基波阻抗ZS；3)應(yīng)用對稱分量法對總進(jìn)線基波電流相量進(jìn)行分解，得到總進(jìn)線基波電流正序分量與總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量4)將總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量線性分解為三組，每一組負(fù)序分量占總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量的權(quán)重系數(shù)為wa、wb、wc，且wa+wb+wc＝1；5)總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量線性分解得到的三組負(fù)序分量分別以A相、B相、C相為參考相做正序化旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生正序化基波負(fù)序電流分量同時，正序化旋轉(zhuǎn)使非參考相之間有非參考相間的基波負(fù)序電流分量流動，非參考相間的基波負(fù)序電流分量的值為該組非參考相的基波負(fù)序電流分量與正序化旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的正序化基波負(fù)序電流分量之差；6)利用系統(tǒng)三相對稱的等值電勢總進(jìn)線基波電流正序分量正序化基波負(fù)序電流分量非參考相間的基波負(fù)序電流分量獲得基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、非參考相的相間導(dǎo)納；7)分別將基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{由Y接轉(zhuǎn)為Δ接形式，與非參考相的相間導(dǎo)納并聯(lián)得到總的基波三相不平衡相間阻抗；8)將總的基波三相不平衡相間阻抗由Δ接轉(zhuǎn)為Y接形式，從總的基波三相不平衡相間阻抗中分離出三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗；9)利用步驟8)分離出的負(fù)荷等效阻抗建立三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型，三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型中的三相阻抗參數(shù)是母線電壓、總進(jìn)線電流與權(quán)重系數(shù)wa、wb、wc的函數(shù)，每一組等效負(fù)荷相阻抗均是三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的一組特解。其中，所述基于系統(tǒng)等值電壓源和系統(tǒng)等值基波阻抗三相對稱的條件得出系統(tǒng)三相對稱的等值電勢和系統(tǒng)等值基波阻抗ZS的計算公式為：公式(1)中，j為虛數(shù)單位。其中，所述總進(jìn)線基波電流正序分量用基波正序?qū)Ъ{來衡量，基波正序?qū)Ъ{的量化公式為：公式(2)中，Y+為基波正序?qū)Ъ{。其中，所述正序化基波負(fù)序電流分量用正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{來衡量，正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{的量化公式為：公式(3)中，YA-、YB-、YC-分別為A相正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、B相正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、C相正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{。其中，所述非參考相間的基波負(fù)序電流分量用非參考相的相間導(dǎo)納來衡量，非參考相的相間導(dǎo)納的量化公式為：公式(4)中，為以A相為參考相產(chǎn)生的非參考相的相間導(dǎo)納；為以B相為參考相產(chǎn)生的非參考相的相間導(dǎo)納；為以C相為參考相產(chǎn)生的非參考相的相間導(dǎo)納；非參考相間的基波負(fù)序電流分量的量化公式為：其中，所述總的基波三相不平衡相間阻抗的量化公式為：公式(6)中，ZAB為總的基波A-B相不平衡相間阻抗；ZBC為總的基波B-C相不平衡相間阻抗；ZCA為總的基波C-A相不平衡相間阻抗。其中，所述三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗的量化公式為：公式(7)中，ZLA為A相的負(fù)荷等效阻抗；ZLB為B相的負(fù)荷等效阻抗；ZLC為C相的負(fù)荷等效阻抗。具體地：采集三相三線制不平衡電力系統(tǒng)公共連接母線處的電壓信號與總進(jìn)線電流信號，每周波采樣128點(diǎn)(采樣周期為6.4kHz)，對三相電壓信號與電流進(jìn)行數(shù)字化處理，得到三相電壓與電流的數(shù)據(jù)序列([uA(n)uB(n)uC(n)]及[iA(n)iB(n)iC(n)])。對公共連接母線的三相電壓與電流數(shù)據(jù)序列進(jìn)行離散傅里葉變換，得到基波電壓相量總進(jìn)線基波電流相量利用基波電壓相量與總進(jìn)線基波電流相量，假設(shè)系統(tǒng)電壓源和阻抗三相對稱，得出系統(tǒng)三相對稱的等值電勢與系統(tǒng)等值基波阻抗ZS，計算公式如下：應(yīng)用對稱分量法，分解總進(jìn)線基波電流相量，得到總進(jìn)線基波電流正序分量與總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量，計算公式如下：總進(jìn)線基波電流正序分量：總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量：上述公式中，j是虛數(shù)單位。設(shè)定權(quán)重系數(shù)wa、wb、wc(wa+wb+wc＝1)，將總進(jìn)線基波電流負(fù)序分量線性分解為三組，三組負(fù)序分量分別以A相、B相、C相為參考相做正序化旋轉(zhuǎn)，得到三組正序化基波負(fù)序電流分量，其計算公式為：根據(jù)基爾霍夫電流定律，以參考相為基準(zhǔn)進(jìn)行正序化旋轉(zhuǎn)后，非參考相之間有非參考相間的基波負(fù)序電流分量流動，將非參考相的原負(fù)序電流分量減去正序化旋轉(zhuǎn)后的負(fù)序電流分量，可得非參考相間的基波負(fù)序電流分量，其計算公式為：以A參考相為例，代表從B相流向C相的非參考相間基波負(fù)序電流分量，代表從C相流向B相的非參考相間基波負(fù)序電流分量，兩者大小相等，方向相反。圖2所示為公共連接母線處總進(jìn)線基波電流正序分量、正序化基波負(fù)序電流分量、非參考相間的基波負(fù)序電流分量分解示意圖。利用系統(tǒng)三相對稱的等值電勢總進(jìn)線基波電流正序分量、正序化基波負(fù)序電流分量及非參考相間的基波負(fù)序電流分量，獲得基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、非參考相的相間導(dǎo)納，計算公式如下所示：將基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{由Y接轉(zhuǎn)為Δ接形式，與非參考相的相間導(dǎo)納并聯(lián)，得到總的基波三相不平衡相間阻抗[ZABZBCZCA]，然后將三個相間阻抗由Δ接轉(zhuǎn)為Y接形式，減去系統(tǒng)等值基波阻抗ZS，即為三相三線制不平衡系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗[ZLAZLBZLC]，計算公式為：圖3為基波正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{、非參考相的相間導(dǎo)納、系統(tǒng)等值基波阻抗、負(fù)荷等效阻抗之間的關(guān)系圖。需要注意的是，在本發(fā)明中，針對三相三線制不平衡系統(tǒng)，設(shè)定不同的權(quán)重系數(shù)，可計算出不同的等效負(fù)荷相阻抗值。所有權(quán)重系數(shù)取值下的等效負(fù)荷阻抗，接在原母線電壓下，其連接處的電壓與電流相同，即任意權(quán)重系數(shù)下的等效負(fù)荷阻抗值均是本發(fā)明所述方法的一個特解。已知某三相不平衡電力系統(tǒng)母線某時刻的三相基波電壓相量分別為：三相總進(jìn)線基波電流相量分別為：根據(jù)本發(fā)明提出的三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型的建模方法，得到三相不平衡電力系統(tǒng)的系統(tǒng)三相對稱的等值電勢與系統(tǒng)等值基波阻抗分別為：ZS＝0.0016+j0.0159(Ω)；三相不平衡電力系統(tǒng)的三相總進(jìn)線電流的基波正序分量與負(fù)序分量分別為：設(shè)定權(quán)重系數(shù)為wa＝wb＝wc＝1/3，以A、B、C三相分別為參考相做正序化旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)的正序化基波負(fù)序電流分量為：三個非參考相B-C、C-A和A-B的非參考相間基波負(fù)序電流分量分別為：由三相對稱的系統(tǒng)等值電勢及上述電流分量，可求得正序?qū)Ъ{、正序化基波負(fù)序?qū)Ъ{及非參考相的相間導(dǎo)納分別為：Y+＝0.6446∠-40.9643°(S)由上述導(dǎo)納及系統(tǒng)等值基波阻抗，三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗為：利用三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效阻抗建立三相不平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷等效模型。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)力要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。